中高磷鐵水轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)脫磷的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、鐵礦石資源是十分重要的非可再生自然資源，是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著鋼鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，世界范圍內(nèi)高品位優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源逐漸枯竭。以儲(chǔ)量豐富的高磷鐵礦為代表的低品位復(fù)雜鐵礦資源的開發(fā)利用逐漸受到關(guān)注。作者通過文獻(xiàn)和調(diào)研，分析了選礦方法、化學(xué)方法、冶煉方法以及微生物方法等主要脫磷方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為冶煉方法尤其是轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)冶煉工藝為解決我國高磷鐵礦石資源利用的有效方法。本論文以中高磷鐵水轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)脫磷過程為對(duì)象，通過開展

2、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、石灰溶解行為、雙聯(lián)爐渣資源化利用等方面的研究，豐富中高磷鐵水脫磷基礎(chǔ)理論；探索轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)工藝處理中高磷鐵水的可行性；為其工業(yè)應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。
　　 采用無氟CaO-FetO-SiO2渣系，以少量Na2O和Al2O3作助熔劑對(duì)磷含量0.42％的鐵水進(jìn)行了熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)。脫磷率為71～91％；磷分配比logLP為1.75～1.92；P2O5活度系數(shù)logγP2O5為-15～17；磷酸鹽容量logCPO43-為1

3、9～21。研究發(fā)現(xiàn)有關(guān)脫磷熱力學(xué)分析的經(jīng)典公式并不適用于本實(shí)驗(yàn)條件。本文在分析脫磷渣組分和光學(xué)堿度對(duì)logLP、logγP2O5和logCPO43-的影響的基礎(chǔ)上，用SPSS軟件回歸出了組分、光學(xué)堿度與上述熱力學(xué)參數(shù)的關(guān)系式。計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果較為吻合。采用CaO-FetO-SiO2-(Al2O3，Na2O)爐渣進(jìn)行了中高磷鐵水脫磷動(dòng)力學(xué)研究。發(fā)現(xiàn)2～6％的Al2O3與Na2O均能起到提高初期脫磷速度的作用。Na2O還可抑制回磷現(xiàn)象。低

4、硅鐵水具有較好的脫磷效果?；陔p膜理論建立了脫磷動(dòng)力學(xué)方程，從表觀脫磷速率常數(shù)kP、總傳質(zhì)系數(shù)kO和傳質(zhì)參量A·kO三個(gè)方面對(duì)脫磷動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了多角度解析。實(shí)驗(yàn)各爐次的kP在0.868～8.602～10-3g/(c㎡.s)之間；kO在0.005，～0.024cm/s之間。Al2O3和Na2O可明顯增加kO。鐵水硅含量越低，kO越大。各爐次前兩分鐘平均A·kO值在0.16～0.36cm3/s之間，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，A·kO值逐漸降低。對(duì)于

5、無回磷現(xiàn)象的爐次，A·kO逐漸降低直至趨近于零；對(duì)于發(fā)生回磷現(xiàn)象的爐次，A·kO逐漸降低為負(fù)值?；赗obertson模型建立了多組分耦合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果趨勢(shì)一致。分析了界面氧活度aO*與爐渣組分和鐵水成分的關(guān)系，爐渣FeO含量越高，鐵水碳、硅、錳含量越低，則aO*值越大。分析了渣量和CO析出的表觀速率常數(shù)GCO對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。渣量越大、GCO越小的條件下aO*越大，越有利于脫磷。
　　 采用二次回歸正交

6、組合設(shè)計(jì)的方法研究了CaO-FetO-SiO2-Al2O3-Na2O-P2O5爐渣對(duì)石灰溶解行為的影響。分析了各因素的單獨(dú)影響及其交互作用效應(yīng)。進(jìn)行了石灰在CaO-SiO2-FetO-P2O5-X系爐渣中的旋轉(zhuǎn)溶解動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)CaO在液相中的傳質(zhì)是石灰溶解的限制性環(huán)節(jié)。CaF2對(duì)促進(jìn)石灰溶解的作用最強(qiáng)，Na2O次之，Al2O3的影響最弱。回歸出高P2O5含量爐渣中石灰溶解速度與線速度的關(guān)系式和對(duì)流傳質(zhì)方程。傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算值為7.63×

7、10-4～1.70×10-3。根據(jù)Arrhenius公式計(jì)算出的石灰溶解活化能為43kcal/mol。對(duì)于中高磷鐵水冶煉，如欲在低氟或無氟的情況下造好具有一定堿度的脫磷初渣，應(yīng)保證一定的鐵水溫度、爐渣∑FeO/SiO2比和動(dòng)力學(xué)攪拌等一系列的工藝條件。
　　 在雙聯(lián)爐渣資源化利用方面，分析了脫磷渣和脫碳渣的礦相組成；探討了脫磷渣的黏性特征和脫碳渣的熔化特征；分析了利用高磷爐渣制鋼渣磷肥的可行性。由于CaF2極易同磷結(jié)合生成氟磷灰

8、石，使脫磷渣枸溶率急劇降低，制備鋼渣磷肥需走無氟路線。用改性-磁選的方法探索了脫磷渣中磷的富集與分離行為，發(fā)現(xiàn)可以取得良好的效果，實(shí)現(xiàn)了大部分磷的回收。采用正規(guī)離子溶液模型計(jì)算爐渣組元有效濃度，并將其應(yīng)用于前人建立的返回渣利用配方模型。結(jié)合計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了脫碳渣返回利用熱態(tài)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)條件下20％的返回渣比例較合適。返回渣冷卻效果計(jì)算結(jié)果表明其冷卻能力低于原脫磷劑。此外，用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)CaO-SiO2-P2O5-(CaF2)熔渣結(jié)

9、構(gòu)進(jìn)行了模擬計(jì)算，豐富了熔渣結(jié)構(gòu)理論。對(duì)于深入了解轉(zhuǎn)爐渣結(jié)構(gòu)，尤其是高P2O5含量爐渣結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有著重要的意義。
　　 進(jìn)行了80t轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)脫磷工業(yè)試驗(yàn)。鐵水磷含量0.25～0.3％的條件下，脫磷爐平均脫磷率73％，脫磷渣平均P2O5含量5.01％；鐵水磷含量0.37～0.44％的條件下，脫磷爐脫磷率67.6％，脫磷渣平均P2O5含量7.25％。脫磷渣中P2O5含量高，是制造鋼渣磷肥的良好原料。半鋼經(jīng)脫碳爐少渣冶煉后，終點(diǎn)磷含量